NREL Six-Junction zonnecel vestigt twee wereldrecords voor efficiëntie

- Apr 14, 2020-

Bron: nrel.gov


six-junction-solar-cell-sets-two-world-records-efficiency


Wetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) hebben een zonnecel gemaakt met een efficiëntie van bijna 50%.


De zonnecel met zes juncties heeft nu het wereldrecord voor het hoogste rendement van de zonneconversie met 47,1%, gemeten onder geconcentreerde verlichting. Een variatie op dezelfde cel zorgde ook voor een efficiëntie-record bij belichting met één zon op 39,2%.


"Dit apparaat toont echt het buitengewone potentieel van zonnecellen met meerdere functies", zegt John Geisz, een hoofdwetenschapper in de High-Efficiency Crystalline Photovoltaics Group bij NREL en hoofdauteur van een nieuw artikel over de record-setting cel.


Het artikel, " Six-junction III-V zonnecellen met 47,1% conversie-efficiëntie bij een concentratie van 143 zonnen ", verschijnt in het tijdschrift Nature Energy. De co-auteurs van Geisz zijn NREL-wetenschappers Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song en Thomas Moriarty.


Om het apparaat te bouwen, vertrouwden NREL-onderzoekers op III-V-materialen - zo genoemd vanwege hun positie op het periodiek systeem - die een breed scala aan lichtabsorptie-eigenschappen hebben. Elk van de zes knooppunten van de cel (de fotoactieve lagen) is speciaal ontworpen om licht van een specifiek deel van het zonnespectrum op te vangen. Het apparaat bevat ongeveer 140 totale lagen van verschillende III-V-materialen om de prestaties van deze knooppunten te ondersteunen, en is toch driemaal smaller dan een mensenhaar. Vanwege hun zeer efficiënte karakter en de kosten die daarmee gemoeid zijn, worden III-V-zonnecellen meestal gebruikt om satellieten van stroom te voorzien, wat de ongeëvenaarde prestaties van III-V ten goede komt.


Op aarde is de zonnecel met zes juncties echter zeer geschikt voor gebruik in fotovoltaïsche concentratoren, zei Ryan France, co-auteur en wetenschapper bij de III-V Multijunctions Group bij NREL.


'Een manier om de kosten te verlagen, is door het vereiste gebied te verkleinen', zei hij, 'en dat kun je doen door een spiegel te gebruiken om het licht vast te leggen en het licht naar een punt te richten. Dan kun je wegkomen met een honderdste of zelfs een duizendste van het materiaal, vergeleken met een vlakke plaat siliciumcel. Door het licht te concentreren gebruik je veel minder halfgeleidermateriaal. Bijkomend voordeel is dat de efficiëntie omhoog gaat als je het licht concentreert. ”


Frankrijk beschreef het potentieel van de zonnecel om een ​​efficiëntie van meer dan 50% te overschrijden als "eigenlijk zeer haalbaar", maar dat een efficiëntie van 100% niet kan worden bereikt vanwege de fundamentele limieten die door de thermodynamica worden opgelegd.


Geisz zei dat momenteel de belangrijkste hindernis voor het bereiken van een efficiëntie van 50% het verminderen van de weerstandsbarrières in de cel is die de stroomstroom belemmeren. Ondertussen merkt hij op dat NREL ook sterk bezig is met het verlagen van de kosten van III-V-zonnecellen, waardoor nieuwe markten voor deze zeer efficiënte apparaten mogelijk worden gemaakt. Het Amerikaanse Department of Energy Solar Energy Technologies Office heeft het onderzoek gefinancierd.


NREL is het belangrijkste nationale laboratorium van het Amerikaanse ministerie van energie voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van hernieuwbare energie en energie-efficiëntie. NREL wordt beheerd voor de Energy Department door The Alliance for Sustainable Energy, LLC.